[发明专利]一种计及微源工作特性的微电网系统及其功率分频控制方法

说明书

本发明公开一种计及微源工作特性的微电网系统及功率分频控制方法，在该系统中，负载需求功率被划分为超低频、低频、中高频共三个频段。其中，蓄电池组工作于低频段，采用电压控制模式以维持直流母线电压的稳定；柴油发电机组、新能源发电系统工作于超低频段，采用电流控制模式以输出负载所需的超低频功率；超级电容工作于中高频段，以平抑负载的中高频功率脉动。为实现各微源功率指令按频分配，提出了一种负载功率按频分解算法及其超低频功率二次分配方法。采用该发明的系统和控制方法不仅能够实现微电网源端和负载端的功率平衡，还能够有效降低高频功率波动对蓄电池等敏感微源的危害，延长设备使用寿命，并能显著提高系统运行效率。

技术领域

本发明涉及一种分布式电源系统，尤其涉及一种计及微源工作特性的微电网系统及其功率分频控制方法。

背景技术

近年来，随着新能源发电技术和电力电子技术的快速发展，“微电网”作为一种灵活的电力生产、输配方案得到了业界的持续广泛关注。一般地，微电网系统主要由微源(分布式电源系统)、储能装置、变流装置、控制系统和本地负荷等构成。目前，微电网技术主要在以下几个方面得到重点应用：一是作为大规模可再生能源(如风能、太阳能)并网的有效手段，二是作为高、海、边、无地区电力保障的解决方案，三是作为舰船、航空器和地面车辆的电力供配技术。

微电网的功率平衡控制，关系到源端和负荷端的能量供需平衡以及系统的电压稳定，是学术界研究的重点内容之一。以下垂控制(Droop control)技术为例，它根据微电网的控制目标，采用与传统发电机相似的下垂曲线来达到对微源的控制，将系统不平衡的功率动态分配给各个机组承担，从而保证微网系统中频率电压的统一。下垂控制策略由于无需机组间的通信协调，可实现微源即插即用和对等控制的目标，在微网功率控制中得到广泛应用。此外，微电网的功率控制方式还有主从控制(Master-slave control)、分散控制(Decentralized control)，等等。其中，主从控制指的是微电网控制系统中的一个控制器作为主控制器，其他作为从控制器的控制方式，特别适用于孤岛微电网运行模式。

然而，无论上述哪种功率控制方式，通常会将负载等效为需求功率缓慢变化的线性负载，致使在微源功率分配时往往只考其输出功率的大小，而忽视微源自身的工作特性。这样的功率控制方法，尽管能够实现源端、负荷端的功率平衡，但却不利于发挥微源自身的工作特性优势，甚至会危及微源的使用寿命。例如，蓄电池尽管能够平抑负荷的低频功率波动，但却对功率中的高频分量较为敏感。长时间的高频电流充放电会导致电池温度上升，若温度上升过大，会进一步导致更为严重的扩散情况和不可控的离子浓度，在极端情况下，电池中可能会发生气化或液化。再如，在离网运行的微电网系统中，通常采用柴油发电机组作为主电源，此时如根据负荷瞬时功率需求实时调整发动机运行工作点，可能会导致燃油效率低下等问题。因此，微电网功率控制不仅要实现功率的供需平衡，还应根据微源工作特性的差异，实现各微源功率的优化配置和安排，以最大程度地提高效率、延长设备使用寿命。这正是本发明要解决的关键技术问题之所在。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种计及微源工作特性的微电网功率分频控制方法，以最大程度地提高微源工作效率，延长设备使用寿命。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种计及微源工作特性的微电网系统，其特征在于，所述的微源包括柴油发电机组、新能源发电系统、蓄电池组和超级电容，所述的微电网系统包括柴油发电机组及其可控整流器、新能源发电系统及其并网变流器、蓄电池组及其DC/DC变换器、超级电容和直流母线；其中，所述的柴油发电机组通过其可控整流器挂接在所述的直流母线上，所述的新能源发电系统通过其并网变流器挂接在所述的直流母线上，所述的蓄电池组通过其DC/DC变换器挂接在所述的直流母线上，所述的超级电容直接挂接在所述的直流母线上。

进一步地，当所述的新能源发电系统为光伏时，所述的并网变流器为DC/DC变换器；当所述的新能源发电系统为风电时，所述的并网变流器为AC/DC整流器。